[導(dǎo)讀] 在煉鐵高爐生產(chǎn)中冷卻水量配置相當(dāng)重要，這就要求測(cè)量冷卻水量大小的電磁流量計(jì)必需準(zhǔn)確。本文闡述了電磁流量計(jì)在煉鐵高爐生產(chǎn)的應(yīng)用中，經(jīng)常存在的一些故障現(xiàn)象進(jìn)行具體分析以及處理方法和需注意的事項(xiàng)等。
1 前言
在高爐生產(chǎn)中，用于測(cè)量冷卻水流量的電磁流量計(jì)有近二十臺(tái)，其中每一臺(tái)都擔(dān)負(fù)著測(cè)量某一流某一段冷卻水流量的重任，我們知道在煉鐵高爐生產(chǎn)中，要求測(cè)量冷卻水量的電磁流量計(jì)必需準(zhǔn)確無誤。又由于這些用于監(jiān)測(cè)冷卻水量的電磁流量計(jì)都分布在高爐現(xiàn)場(chǎng)高溫高濕的惡劣環(huán)境中，因此測(cè)量精度受環(huán)境及被測(cè)介質(zhì)影響很大，下面進(jìn)行具體分析。
2 電磁流量計(jì)原理
電磁流量計(jì)的基本原理是法拉第電磁感應(yīng)定律，運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體在磁場(chǎng)中切割磁力線，在其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。如圖所示，在一內(nèi)徑為D，內(nèi)部磁場(chǎng)強(qiáng)度為B的非導(dǎo)磁性測(cè)量管內(nèi)，液態(tài)的具有導(dǎo)電性被測(cè)介質(zhì)以v的速度流動(dòng)，則在與流動(dòng)方向垂直的方向上產(chǎn)生與流量成比例的感應(yīng)電勢(shì)U，該電勢(shì)的大小如下：
電磁流量計(jì)原理圖
（1）
式中：B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，T；v為流體平均流速，m/s；D為測(cè)量管內(nèi)徑，m。
液體的體積流量為
（2）
由式（1）和式（2）可得
（3）
式中：K為儀表常數(shù)，由于傳感器生產(chǎn)的離散性，對(duì)同一標(biāo)稱口徑的傳感器予以修正，K=4B/πD。
傳感器的感應(yīng)電勢(shì)U與流量qv是線性的比例關(guān)系，它只與磁感應(yīng)強(qiáng)度B和測(cè)量管內(nèi)徑D有關(guān)，而與其他物理參數(shù)的變化無關(guān)，這是電磁流量計(jì)的最大優(yōu)點(diǎn)。只要測(cè)出感應(yīng)電勢(shì)的大小，就可計(jì)算出實(shí)際的流量。
3 常見故障判斷及分析
由以上原理介紹，下面就具體從幾個(gè)方面對(duì)電磁流量計(jì)使用中常見故障的成因、檢測(cè)判別方法以及對(duì)故障的處理方式進(jìn)行闡述，綜合分析電磁流量計(jì)在生產(chǎn)使用測(cè)量中主要存在以下幾方面問題：分別是液體中含有氣泡、電極腐蝕、電導(dǎo)率過低、襯里變形、電極結(jié)垢、外部干擾磁場(chǎng)或電場(chǎng)、電極短路（金屬顆粒）等。
1）液體中含有氣泡。
液體中含有氣泡導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)或測(cè)量值波動(dòng)（輸出波動(dòng)）。故障原因：液體中的氣體有從外界吸入和液體中溶解氣體（空氣）兩種途徑。若液體中含有較大氣泡，則因擦過電極時(shí)能遮蓋整個(gè)電極，使流量信號(hào)輸入回路瞬時(shí)開路，導(dǎo)致輸出信號(hào)出現(xiàn)波動(dòng)。判斷方法：最簡(jiǎn)單的判斷方法是當(dāng)遇到測(cè)量值波動(dòng)時(shí)，可切斷磁場(chǎng)的勵(lì)磁回路電流，如果此時(shí)儀表依然有顯示且不穩(wěn)定時(shí)，說明大多是由于氣泡影響造成。如果此時(shí)以指針式萬用表測(cè)量電極電阻，可測(cè)量到電極的回路電阻要比正常時(shí)高。解決方法：對(duì)于被測(cè)介質(zhì)中含有空氣的情況，如果判斷是由安裝位置引起的，如因電磁流量計(jì)裝在管道高點(diǎn)而潴留氣體或外界吸入空氣造成氣泡而導(dǎo)致流量計(jì)測(cè)量波動(dòng)，就應(yīng)更換安裝位置，可在管道低點(diǎn)或采用U型管安裝。但很多應(yīng)用情況是口徑較大或者安裝的位置不易改換，可在流量計(jì)上游安裝集氣包和排氣閥。實(shí)驗(yàn)表明一臺(tái)DN2200口徑的電磁流量計(jì)，因氣泡造成顯示的波動(dòng)可達(dá)20%~50%，在安裝了排氣裝置后，測(cè)量即恢復(fù)正常。
2）非滿管。
液體未充滿管道可分為液面高度高于測(cè)量電極水平面或低于水平面兩種情況。當(dāng)管內(nèi)液面高于電極水平面時(shí)，若管道的前后是直管段時(shí)，電磁流量計(jì)的測(cè)量大多也能夠穩(wěn)定，但流量計(jì)所計(jì)量的液體體積包含了管道內(nèi)的非滿管部分體積，故這種測(cè)量存在著很大的測(cè)量誤差。當(dāng)管內(nèi)液面高度低于電極表面時(shí)，此時(shí)電極裸露在空氣中，測(cè)量回路實(shí)際處于開路狀態(tài)。電磁流量計(jì)的測(cè)量值和輸出處于一種隨機(jī)的狀態(tài)，不停地波動(dòng)或是滿度。非滿管的情況多出現(xiàn)在靠流體直流或流量計(jì)后無任何背壓的直接排放口。判斷方法：可采用前述氣泡判斷的方法，此時(shí)以指針式萬用表測(cè)量電極電阻，可發(fā)現(xiàn)電極的回路電阻明顯變高。解決方法：在流量計(jì)安裝時(shí)應(yīng)盡量在管道最低端安裝或有意將流量計(jì)安裝在U型管道。另外，現(xiàn)在市場(chǎng)上也有能夠在非滿管情況下測(cè)量的電磁流量計(jì)。
3）電極腐蝕。
因電極腐蝕而造成測(cè)量值波動(dòng)的情況。故障原因：由于流量計(jì)電極材料的選擇不當(dāng)造成電極為被測(cè)液體所腐蝕，從而導(dǎo)致流量計(jì)輸出波動(dòng)。判斷方法：由于電極材料不耐腐蝕所造成的故障只有在電極被腐蝕后才會(huì)表現(xiàn)出來，之前通常無法判別。對(duì)此問題的解決方法，只有更換新的電極。一般電極腐蝕故障診斷處理都屬于事后維護(hù)處理的方法。
4）電極結(jié)垢及電極短路。
電極短路的判斷比較簡(jiǎn)單，若被測(cè)介質(zhì)中含有金屬物質(zhì)時(shí)，電極短路較易診斷，此時(shí)測(cè)量值明顯偏小或趨于零。但這種現(xiàn)象在日常運(yùn)行中并不多見。電極結(jié)垢，因電磁流量計(jì)經(jīng)常應(yīng)用于原水或水質(zhì)較差等環(huán)境，電極結(jié)垢的發(fā)生幾率較高。當(dāng)電極結(jié)垢時(shí)，表現(xiàn)為信號(hào)逐漸減小，直至絕緣而使得信號(hào)回路開路，此時(shí)流量信號(hào)被隔絕。故障原因：當(dāng)被測(cè)水質(zhì)的雜質(zhì)較高時(shí)，易在管壁附著和沉淀，若附著的介質(zhì)是比被測(cè)液體電導(dǎo)率高的導(dǎo)電物質(zhì)，則信號(hào)電勢(shì)被分流而不能工作，即電極短路，若是非導(dǎo)電層，就是我們?nèi)粘Ｋf的電極結(jié)垢，則使電極開路而不能工作。判斷方法：若附著于襯里管壁積垢層為氧化鐵銹層，或以金屬為主要成份的雜質(zhì)，其電導(dǎo)率大于液體電導(dǎo)率，測(cè)得的流量值將比實(shí)際流量值低；若為碳酸鈣等水垢層，由于其電導(dǎo)率低于被測(cè)介質(zhì)，則測(cè)得的流量值將低于實(shí)際流量。假若附著層電導(dǎo)率與液體被測(cè)介質(zhì)相同，那么附加誤差為零，但此只局限于附著層厚度較小的情況，因?yàn)橄嗤髁坑懈街鴮訒r(shí)流通截面積減小，但平均流速增加，相互間可抵消，因此附加誤差可以忽略。該故障解決方法：建議選用不易附著的尖形或半球形突出電極、可更換式電極、刮刀式清垢電極等。刮刀式電極可在傳感器外定期手動(dòng)刮除沉垢。也有暫時(shí)斷開測(cè)量電路，在電極間通以短時(shí)間的低壓大流量，焚燒清除油脂類附著層。亦可在易產(chǎn)生附著層的場(chǎng)合采用提高流速以達(dá)到自行清掃管壁的目的，也是一個(gè)比較有效的方法，當(dāng)然采用易清洗的管道連接是一個(gè)比較徹底的方法。
5）電導(dǎo)率過低。
電導(dǎo)率低于閥值（下限值）會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差甚至不能穩(wěn)定工作，使用時(shí)測(cè)量出現(xiàn)波動(dòng)現(xiàn)象，電導(dǎo)率超過閥值即使再變化時(shí)，此時(shí)測(cè)量的示值誤差幾乎恒定。通常儀表制造廠規(guī)范中規(guī)定的下限值是指在較理想的條件下可測(cè)量的最低值，而實(shí)際使用條件不可能都很理想。判斷方法：液體電導(dǎo)率可查閱有關(guān)手冊(cè)，若缺少現(xiàn)成數(shù)據(jù)時(shí)，則可用電導(dǎo)率儀取樣測(cè)定。若沒有配備電導(dǎo)率儀，最簡(jiǎn)單的方法可以用萬用表測(cè)出液體的電阻，再用同樣的方法測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)普通自來水的電阻，比較兩者的測(cè)試結(jié)果。對(duì)于液體電導(dǎo)率過低產(chǎn)生的測(cè)量誤差解決方法：電導(dǎo)率過低超出了儀表所容許的測(cè)量范圍，此時(shí)唯一的解決方法是選用其它能滿足要求的低電導(dǎo)率電磁流量計(jì)（如電容式電磁流量計(jì)）或者是其它原理的流量計(jì)。
6）襯里變形。
可導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確或傳感器損壞。故障原因：襯里變形，大多發(fā)生在氟塑料的襯里，造成這種現(xiàn)象的原因有兩種：一是蒸汽滲透引起氟塑料襯里的熱擴(kuò)散現(xiàn)象，所謂熱擴(kuò)散是當(dāng)管道內(nèi)介質(zhì)（氣體或蒸汽）流過氟塑料襯里時(shí)所發(fā)生的自然的物理現(xiàn)象，通常滲透的程度主要取決于襯里材料、液體和蒸汽的類型、襯里的厚度（當(dāng)襯里的厚度增加時(shí)滲透程度則相應(yīng)減小）、襯里內(nèi)外的溫差（當(dāng)襯里內(nèi)外溫差很大時(shí)滲透則加劇）和管道壓力等多個(gè)因素。二是氟塑料襯里特別是聚四氟乙烯（PTFE）襯里本身的工藝結(jié)構(gòu)，因?yàn)榫鬯姆蚁┡c管壁間僅靠壓貼，無粘結(jié)力，故不能用于負(fù)壓管道。判斷方法：襯里變形在現(xiàn)場(chǎng)一般無法判別，現(xiàn)用的判斷方法是，在實(shí)際應(yīng)用過程中發(fā)覺流量誤差較大時(shí)，即將傳感器從工藝管道上拆下后以肉眼觀察，但此時(shí)襯里的故障往往已經(jīng)形成。解決方法：用隔熱絕緣的方法，法蘭和線圈盒間增加隔熱措施，減少溫差、減小熱擴(kuò)散，這將在很大程度上改善襯里內(nèi)外溫差情況，從而降低滲透率和蒸汽在測(cè)量管壁內(nèi)的凝聚；加厚聚四氟乙烯（PTFE）襯里厚度；提供其它形式的襯里，如PFA和陶瓷襯里。
7）外部強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾。
電磁流量計(jì)信號(hào)失真，輸出信號(hào)表現(xiàn)為非線性或信號(hào)波動(dòng)。故障原因：由于流量計(jì)流量信號(hào)小，易受外界干擾影響，而干擾源主要有管道雜散電流、靜電、電磁波和磁場(chǎng)等。電磁流量計(jì)的設(shè)計(jì)制造應(yīng)符合電磁兼容性要求，在規(guī)定輻射電磁環(huán)境下能正常工作。但現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，強(qiáng)磁場(chǎng)干擾會(huì)導(dǎo)致磁場(chǎng)回路飽和及外部磁場(chǎng)進(jìn)入電磁流量計(jì)的磁場(chǎng)回路并形成雜散磁場(chǎng)而影響輸出信號(hào)的線性度。電場(chǎng)干擾則是由于噪聲破壞測(cè)量管內(nèi)的電勢(shì)平衡造成輸出信號(hào)波動(dòng)異常。判斷方法：當(dāng)輸出信號(hào)表現(xiàn)為非線性時(shí)，可通過專用的模擬信號(hào)儀來判斷，如電磁流量計(jì)轉(zhuǎn)換器的輸出為線性，可判斷為外界的磁場(chǎng)干擾影響，反之也有可能是電磁流量計(jì)本身的電器故障。對(duì)電場(chǎng)干擾，可在先不加激磁電流時(shí)用示波器測(cè)量?jī)蓸O間的電勢(shì)，其值應(yīng)為零，如測(cè)得有交流電勢(shì)，則可判別為漏電流等電場(chǎng)干擾。解決方法：防止磁場(chǎng)干擾，通常只有將電磁流量計(jì)傳感器的安裝位置遠(yuǎn)離強(qiáng)磁場(chǎng)源。強(qiáng)電場(chǎng)干擾的防止，可采取增強(qiáng)屏蔽等措施。如仍無效，則可將電磁流量傳感器與連接管道絕緣。
8）電纜的故障。
流量計(jì)在運(yùn)行一段時(shí)間后（一般不是新裝用表），出現(xiàn)工作異常，具體表現(xiàn)為測(cè)量值變大或變小，或者是不停地波動(dòng)，且經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查已排除管道不滿管、介質(zhì)含氣等上述現(xiàn)象的可能性。故障原因：這類問題的產(chǎn)生一般與安裝、維護(hù)不當(dāng)有關(guān)。未徹底做好電纜接頭處的防潮（防水）等處理，且接頭處常用絞接的方法連接。使用日久，且處于一個(gè)潮濕的環(huán)境中，潮氣侵入電纜接頭，可能造成以下一些故障：信號(hào)線對(duì)地絕緣下降，引起信號(hào)衰減，最終是測(cè)量結(jié)果偏小。信號(hào)電纜接地處接觸電阻變大，使測(cè)量值變小，若該接觸電阻不穩(wěn)定，則測(cè)量值無法穩(wěn)定，且易引入干擾。勵(lì)磁線圈對(duì)地絕緣下降，造成測(cè)量結(jié)果偏小。勵(lì)磁回路電纜連接處接觸電阻變大，使轉(zhuǎn)換器的勵(lì)磁回路處于非恒流工作區(qū)域，勵(lì)磁電流下降，同樣造成測(cè)量結(jié)果偏小。信號(hào)線、勵(lì)磁線對(duì)地絕緣性能下降，使得測(cè)量結(jié)果遠(yuǎn)大于正常的數(shù)據(jù)。如這種干擾不穩(wěn)定，對(duì)儀表的影響也變化不定，繼而出現(xiàn)波動(dòng)。信號(hào)電纜、勵(lì)磁電纜兩個(gè)連接頭相靠較近，就會(huì)產(chǎn)生耦合作用。
通常能使實(shí)際運(yùn)行結(jié)果增大幾成，此時(shí)儀表的零點(diǎn)變化就是由干擾引起的。判斷方法：對(duì)于這類異常情況，在排除流量計(jì)其它幾類故障的可能性后，就應(yīng)檢查電纜是否有問題，尤其是電纜曾有中間接頭處。對(duì)于勵(lì)磁回路電纜的故障，儀表維護(hù)人員只要把現(xiàn)場(chǎng)的勵(lì)磁回路電阻測(cè)量值與廠方提供的數(shù)據(jù)作比較即可得知問題所在，繼而采取措施。對(duì)于由于信號(hào)線、勵(lì)磁線對(duì)地絕緣性能下降的故障，可由儀表維護(hù)人員在斷開一根勵(lì)磁線的情況下，觀察儀表的顯示或輸出信號(hào)，此時(shí)儀表應(yīng)處于零流量的狀態(tài)，若測(cè)量值偏大，則可確定是信號(hào)線、勵(lì)磁線的絕緣不良或有耦合。解決方法：對(duì)于這種由于電纜的接頭或絕緣等引起的故障，解決方法只有更換電纜。
參考文獻(xiàn)
1.宮毓家等編著冶金儀表與自動(dòng)調(diào)節(jié)冶金工業(yè)出版社，1978年